한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)이 하나의 나노입자로 고색순도 삼원색(RGB)을 구현하는 기술을 개발했다. 3차원 공간에 입체 영상 정보를 구현하는 차세대 디스플레이 기술 핵심으로, 혁신적인 디스플레이 개발 밑거름이 될 전망이다.

KIST는 장호성 극한물성소재연구센터 박사팀이 중심의 코어 입자를 여러 층 쉘이 둘러싼 '코어@다중쉘 나노구조'를 활용해 단일 입자에서 RGB 발광을 구현할 수 있는 상향변환(작은 에너지가 발광 입자에 흡수된 후 큰 에너지로 변환되는 과정) 나노입자 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

KIST가 개발한 코어@다중쉘 상향변환 나노입자-고분자 복합체로부터 디스플레이된 컬러 이미지

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기존 2차원 평면 디스플레이는 3차원 입체감을 완전히 전달하기 어렵다. 이로써 입체감을 느끼려면 특수 안경이 필요하다. 무안경 3D 디스플레이는 눈에 피로를 준다.

대안으로 3차원 공간상에 직접 입체 영상을 형성하는 '3차원 체적 디스플레이' 기술이 연구되는데, 적외선을 흡수해 가시광을 내는 상향변환 나노입자가 필요하다. 특히 하나의 입자에서 빛 삼원색을 모두 내는 나노입자가 필요하다.

기존 소재는 한 입자에서 한 색만 내거나, RGB 발광이 가능하더라도 밝기가 약하거나 색순도가 낮아 색재현 범위가 제한적이다.

연구진은 코어·쉘 물질 조성을 제어해 RGB 발광을 유도하고, 세 파장의 적외선을 적용해 각 파장에 따라 RGB 발광이 나타나도록 했다.

코어에서 녹색, 안쪽 쉘에서 적색, 바깥쪽 쉘에서 청색 발광이 나타나도록 설계해 단일 입자에서 높은 색순도와 강한 발광 강도를 구현했다.

코어@다중쉘 상향변환 나노입자

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'NTSC 색공간(미국 컬러 TV 방송 색상 표준)'의 94.2%, IT 분야에서 가장 광범위하게 사용되는 'sRGB 색공간'의 133%에 달하는 넓은 색재현 범위를 달성했다. 또 투명 고분자 복합체와 혼합해 다양한 컬러 이미지를 디스플레이함으로써 상향변환 나노입자를 이용한 3D 체적 디스플레이 구현 가능성을 제시했다.

장호성 박사는 “상향변환 나노입자는 진정한 3D 영상을 볼 수 있는 디스플레이 상용화를 가능하게 한다”며 “디스플레이뿐 아니라 위변조를 막을 수 있는 보안 소재로도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 최신 호에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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